仪器分析实验(现代分析技术)2014..doc

仪器分析（Ⅱ）实验 （应用化学） 实验一 红外光谱综合实验 目的和要求 通过红外吸收光谱实验 ，了解红外光谱的基本原理，初步掌握红外定性分析法。2。了解红外分光光度计的工作原理，掌握红外吸收光谱的测量技术。 二 . 基本原理 当一束连续变化的各种波长的红外光照射样品时，其中一部分被吸收，吸收的这部分光能就转变为分子的振动能量和转动能量；另一部分光透过，若将其透过的光用单色器进行色散（或傅立叶变换，就可以得到一带暗条的谱带。若以波长或波数为横坐标，以百分吸收率为纵坐标，把这谱带记录下来，就得到了该样品的红外吸收光谱图。 根据量子力学的观点，分子的每一个运动状态都属于一定的能级，处于某特定的运动状态的分子之能量E可以近似地分三部分：分子中的电子运动能，组成分子的振动能和分子的整体转动能，于是 式中n，v, J分别为电子量子数，振动量子数和转动量子数。如果这些分子在光照射下发生能级迁跃，就会产生分子对光的吸收或发射。分子由低能级跃迁到高能级时，吸收光的频率（以波数表示） 式中为光速，为普朗克常数。 其中，振动能级跃迁引起的振动光谱区出现在红外光谱区，称之为红外光谱。纯转动能级的跃迁引起的转动光谱，出现在极远红外及微波区。实际上，振动能级的跃迁伴随转动能级的跃迁，这时得到振动—转动光谱。 我们知道产生红外光谱吸收的选率有： （1）只有偶极矩会随q而变化的那些振动才会在红外光谱中出现。例如极性双原子分子HBr会得到红外光谱，而偶极矩为零的H2 , O2 ,Cl2 等非极性分子则不会产生红外光谱。 （2）在谐振子模型近似下，红外吸收只允许发生在振动量子数改变为的状态间。实际上由于振动的非谐性等原因，使得等几率较小的跃迁也成为可能。这也定性的说明了（称为基频）强度很大，（称为第一倍频）较弱， （称为第二频）则更弱的事实。在多原子分子中还会出现合频吸收带（即）。 （3）对于多原子分子，分子振动复杂的。但是这些复杂的。但是这些复杂振动3N—6个简正振动，线性分子为3N—5个）（N为分子中的原子数）。 振动类型总的可分为伸缩振动和变形振动两大类，伸缩振动主要改变键长,分为对称性收缩振动和不对称性收缩振动。变形振动引起的键角的变化，分为面内及面外变形振动等形式。双原子的极好模型是谐振子模型。由谐振子模型，某化学键的特征吸收带，主要取决于成键原子的质量和键力常数： 式中为键力常数，为折合质量，即 和分别为两个成键原子的质量，根据各种化学键的与值的大小，红外光谱可划分为如下几个区域： 3700~2500 cm –1为含H化学键的伸缩振动区域。由于H原子质量最小，这种键具有高的振动频率。OH，NH,CH等伸缩振动吸收代均出现在此区域，2500~2000cm-1为终态和乘积双键的伸缩振动区域。由于这种键具有最高的权值，所以其震振动频率也较大。等伸缩振动吸收带出现在此区域。 2000~1600cm-1为双键的伸缩振动区域，苯环等伸缩振动出现在此区域。 1600~650 cm-1　为单键区，在此区域所有的化合物均有互异的谱，犹如人的指纹，可以用来鉴定各种化合物，因此又称为指纹区。重原子（除Ｈ外其它原子）之间单键的伸缩振动，由于小大具有较低的振动频率，如Ｃ－Ｃ，Ｃ－Ｏ，Ｃ－Ｎ等伸缩振动熙绶带均出现在此区域。另外，由于变形振动的远远小于伸缩振动的值，所以含氢化学键或功能基的变形振动吸收出现在该区域。我们常借助有关特征吸收谱带的知识，对化合物的红外光谱进行功能基的定性，以确定有关化合物的类别，再与已知结构的化合物的光谱进行比较，肯定或鉴定所提出可能结构的化合物。本实验要对几种薄膜样品当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时，大约占总散射光10-10-10-6的散射，不仅改变了传播方向，频率也发生改变，这就是由非弹性碰撞引起的拉曼散射。如图所示，对于拉曼散射过程而言，在入射光?0照射下，分子先由基态E0(或振动激发态E1)被激发至虚态（Virtual state）高能级,该能级介于基态和电子第一激发态之间，随即发出光子，分子能量回到振动激发态E1(或基态E0)，光子失去（或得到）的能量与分子得到（或失去）的能量相等，即?E=?，反映了振动能级的变化。因此，根据入射光子和散射光子频率变化，就可以判断出分子含有的化学键或基团。波长变长的散射（?0-?）称为Sokes 散射（?0-?），而波长变短的散射（?0+?）称为anti-Stokes散射。 三、实验所用仪器以及主要试剂 Dilor 公司LabRam